奧迪新型A6轎車V6汽油發動機重點解析(三)

◆文/江蘇 范明強

奧迪新型A6轎車V6汽油發動機重點解析(三)

◆文/江蘇 范明強

2004年奧迪公司在原有V型汽油機系列的基礎上開發了兩款用于新型奧迪A6轎車上的全新V6汽油機，其中V6-3.2L-4V-FSI直噴式汽油機是新型缸內燃油分層直接噴射式(FSI)汽油機系列的第一款V6代表機型，它是著重滿足奧迪品牌轎車的運動型動力性能要求的頂級V6機型，而新型V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射(MPI)汽油機是與上述機型同步開發的一款以舒適性為目標的基本機型，實際上是原有2.4L-5V-MPI汽油機的改進型。2006年奧迪公司又推出了采用奧迪可變氣門升程系統和可調機油泵的第一款替代機型V6-2.8L-FSI。2008年奧迪公司再次推出的V6-3.0L-TFSI機型是奧迪首款增壓直噴式汽油機，使得V6汽油機系列動力總成的品種向更高的功率擴展，進一步凸現了奧迪轎車運動型動力性能的品牌特色。本文將分別對V6-3.2L-4V-FSI燃油分層直接噴射汽油機、V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射汽油機、V6-3.0L-TFSI增壓直噴式汽油機的結構和性能進行重點詳細介紹。

范明強

(本刊專家委員會委員)

教授級高級工程師，參加過陜西汽車制造總廠的籌建工作，主管柴油機的產品開發，1984年調往機械工業部無錫油泵油嘴研究所，曾任一汽無錫柴油機廠、第一汽車集團公司無錫研究所高級技術顧問、湖南奔騰動力科技有限公司總工程師。

(接2014年第2期)

1.發動機外圍設備

與Mahler公司共同合作開發的MPI汽油機的兩級可變塑料進氣管(圖15)的主體被做成有利于降低成本的薄殼結構型式，整個進氣裝置是由6個單體薄殼件經焊接而成的。扭矩與功率調節之間進氣管振蕩長度分別為668㎜和392㎜(指直至進氣門的長度)，進氣管長度的轉換是借助于轉換閥板實現的。這種技術方案與V6-3.2L-4V-FSI直噴式汽油機的可變進氣管相當，這樣既能明顯縮短開發周期和降低開發風險，并能降低開發成本。同時，由于流動模擬計算與結構設計同步進行，因此能夠明顯優化流動導向和換向范圍以及轉換閥板的設計，從而使得在3000～6250r/min轉速范圍內的充氣系數大于100%(圖16)。

在多點氣門口噴射進氣管上使用了博世公司最新一代噴油器，它通過優化噴霧角降低了冷起動時的原始排放。

同時，還十分重視提高與V6-3.2L-4V-FSI直噴式汽油機零部件的通用化程度。即使兩種機型的結構空間不同，但是進氣管上的基本附件，諸如節氣門、曲軸箱通風、燃油回油管、真空控制、前后罩蓋以及清潔空氣管道等都是FSI直噴式汽油機的通用件，因此顯著降低了成本和開發的復雜程度。

為了達到歐Ⅳ廢氣排放標準，運用了二次空氣裝置。與迄今為止所使用的裝置相比，通過應用自動開啟的二次空氣閥(圖17)，取消了包括電動轉換閥在內的全套真空控制裝置，因此明顯降低了成本。

2.工作過程優化

新型V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射汽油機使用了西門子VDO公司開發的SIMOS 6 M3型發動機管理系統，它采用最新一代扭矩導向的電子控制系統。

開發的重點是p-n系統及其所必需的用于兩列汽缸系統的功能模塊。為了提供必需的計算能力，應用了具有56MHz節拍的微處理器。通過用于進氣凸輪軸相位連續調節的主從設計方案，確保兩列汽缸的平衡，從而為混合汽準備和燃燒正確地預調諸如噴油量和點火等基本參數。

(1)扭矩和功率

開發的目標是在低轉速運行工況就能獲得豐滿的扭矩特性曲線。除了車輛方面的空氣導向和進氣管之外，另一個重點是汽缸蓋中的進氣道造型設計。良好的運轉平穩性以及高功率所需要的大空氣消耗量和最大空氣流量能有針對性地進行協調，這不僅反映在良好的充氣系數特性曲線上，而且也反映在扭矩和功率值比老機型有明顯改善(圖18)。

發動機在3000～5000r/min轉速之間輸出230N·m最大扭矩，而6000r/min時達到130kW最大功率，在4250r/min時轉換閥板就將進氣管長度轉換調節到適合于功率發揮的短進氣管。

(2)廢氣裝置和增壓器方案

V6-2.4L-4V-MPI多點氣門口噴射汽油機除了美國之外提供全球市場，而且在歐洲市場滿足歐4廢氣排放標準，采用一個4"×6"(600目)大小的近發動機陶瓷主催化轉化器達到嚴厲的廢氣排放限值，此時應用了帶有自動開啟閥的二次空氣系統有助于達到催化轉化器的快速起燃。

該機型的壓縮比為10.3∶1,并且是按采用ROZ 95號汽油運行來設計的，同時通過分缸爆燃調節還容許采用ROZ 91號汽油運行。

三、V6-3.0L-TFSI增壓直噴式汽油機

2008年奧迪公司再次推出的V6-3.0L-TFSI(增壓燃油分層噴射)機型(圖19a和圖19b)是奧迪首款增壓直噴式汽油機，使得V6汽油機系列動力總成的品種向更高的功率擴展，進一步凸現了奧迪轎車運動型動力性能的品牌特色。

在這種機型上，奧迪公司首次應用機械式羅茨增壓器，并將其設計成高度集成的模塊布置在V形空間內，總體結構十分緊湊。這種發動機搭載于奧迪A6轎車提高了舒適性，并在新型奧迪S4轎車上更顯示出其運動型動力性能。

1.發動機設計方案(1)增壓技術的選擇

選擇發動機增壓技術首先要考慮達到奧迪A6-V6汽油機的全局性目標，諸如：①自然吸氣和增壓汽油機統一的基礎發動機設計方案；②V型汽油機系列通用的高模塊化程度；③極其緊湊的結構型式；④低的燃油消耗；⑤便于日常的維護保養；⑥V6機型制造和安裝方面的高通用性；⑦按研究法辛烷值(ROZ)95/91汽油設計，適合于全球市場。

與此同時，在選擇增壓技術時還要將以下所有要求作為重點：①在強勁的起步加速性的同時具有高的舒適性；②快速的動態扭矩建立，具有極佳的加速性能，以獲得寬廣的使用范圍；③以有利的成本搭載到奧迪A4、A6、A8轎車和SUV車型平臺；④滿足全球當今和未來所有的法規要求；⑤可獲得不同的發動機特性(舒適型或運動型)。

在方案設計階段，在均采用FSI燃燒技術的情況下，V6雙渦輪增壓和V6機械增壓的潛力在發動機試驗臺架和汽車上進行了評價。正如圖20所示，由于機械增壓在達到所必需的汽車性能的同時，還在起步加速性能和廢氣排放性能方面，以及通過將增壓模塊布置在V形夾角空間中而在外形尺寸方面所具備的優勢，因此奧迪公司決定在V6機型上采用機械增壓。這種機械增壓機型在具有高的熱力學效率的同時，起動扭矩的建立較快，并能較早地達到最大扭矩，同時具有良好的起步加速性能，除了要應用能節油的速比較大的變速器外，首先在較重的高檔車型上能獲得最佳的動態性能，并確保在諸如美國和亞洲這種傳統的V6車型市場上獲得高的用戶認同。

表3 奧迪V6汽油機的技術數據

(2)新開發范圍的重點

與2006年開發的采用奧迪可變氣門升程系統和可調機油泵的V6-2.8LFSI直噴式汽油機相比，機械增壓的V6-3.0L-TFSI直噴式汽油機進行了如下的重要改進：①增壓器轉子；②汽缸體曲軸箱采用熱處理；③增壓模塊中集成了增壓空氣冷卻器；④通往汽車低溫循環回路的水管；⑤機械增壓器的皮帶傳動；⑥凸輪軸；⑦氣門和氣門彈簧；⑧充量運動閥法蘭。

(3)基本技術數據

表3示出了V6-3.0L-TFSI增壓直噴式汽油機重要的基本技術數據與其他V6汽油機機型的比較，其中針對舒適性設計的機型用于奧迪A6轎車上，而運動型機型則用于奧迪S4轎車上。(未完待續)